Dispersione cromatica è il termine dato al fenomeno mediante il quale diverse componenti spettrali di un impulso viaggiano a velocità diverse. Per comprendere l’effetto della dispersione cromatica, dobbiamo capire il significato della costante di propagazione β. Limiteremo la nostra discussione alla fibra monomodale poiché nel caso della fibra multimodale, gli effetti della dispersione intermodale di solito oscurano quelli della dispersione cromatica. Quindi la costante di propagazione β nelle nostre discussioni sarà quella associata alla modalità fondamentale della fibra.
La dispersione cromatica nasce per due motivi.
- La prima ragione è che l’indice di rifrazione della silice, il materiale utilizzato per realizzare la fibra ottica, dipende dalla frequenza. Così diversi componenti di frequenza viaggiano a velocità diverse in silice. Questo componente della dispersione cromatica è chiamato dispersione del materiale.
- Sebbene la dispersione del materiale sia il componente principale della dispersione cromatica per la maggior parte delle fibre, esiste un secondo componente, chiamato dispersione della guida d’onda.
Per comprendere l’origine fisica della dispersione della guida d’onda, dobbiamo sapere che l’energia luminosa di un modo si propaga in parte nel nucleo e in parte nel rivestimento. Inoltre, l’indice efficace di una modalità si trova tra gli indici di rifrazione del rivestimento e il nucleo. Il valore effettivo dell’indice effettivo tra questi due limiti dipende dalla proporzione di di potenza contenuta nel rivestimento e nel nucleo. Se la maggior parte della potenza è contenuta nel nucleo, l’indice efficace è più vicino all’indice di rifrazione del nucleo; se la maggior parte di esso si propaga nel rivestimento, l’indice efficace è più vicino all’indice di rifrazione del rivestimento.
La distribuzione di potenza di un modo tra il nucleo e il rivestimento della fibra è essa stessa una funzione della lunghezza d’onda. Più precisamente, più lunga è la lunghezza d’onda, maggiore è la potenza nel rivestimento. Pertanto, anche in assenza di dispersione del materiale – in modo che gli indici di rifrazione del nucleo e del rivestimento siano indipendenti dalla lunghezza d’onda – se la lunghezza d’onda cambia, questa distribuzione di potenza cambia, causando il cambiamento dell’indice effettivo o della costante di propagazione β della modalità. Questa è la spiegazione fisica per la dispersione della guida d’onda.